摘要：本文詳細(xì)地介紹了國(guó)外活性炭水處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展情況。通過(guò)活性炭在飲用水和工業(yè)有機(jī)廢水方面的具體應(yīng)用實(shí)例，說(shuō)明近年來(lái)國(guó)外活性炭水處理技術(shù)發(fā)展很快，活性炭在環(huán)保中的應(yīng)用越來(lái)越廣。在水處理中，各國(guó)已將活性炭和其它方法結(jié)合使用，使活性炭有了更為重要的應(yīng)用價(jià)值和使用范圍。
1、污染水源的凈化
據(jù)報(bào)道，世界給水水源污染物中有機(jī)物達(dá)到兩千多種，其中飲用水內(nèi)有機(jī)物超過(guò)700種。由于活性炭對(duì)水中微量有機(jī)物具有良好的吸附特性，是飲用水深度凈化的重要手段。
美國(guó)新澤西州的羅卡威城，1979~1980年間，發(fā)現(xiàn)給水水源由于醚類(lèi)等揮發(fā)性有機(jī)碳化合物的污染，水中的三氯乙烯、二異丙醚及甲基叔丁醚的濃度超過(guò)州級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。用粒狀活性炭雖可有效地去除水中的味和臭，但其使用壽命較短。1982年該城在中間試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用曝氣和粒狀活性炭相結(jié)合的流程，有效地去除了地下水中的有機(jī)化合物。
1983年美國(guó)丹佛市撥款290萬(wàn)英元，進(jìn)行污水變?yōu)轱嬎脑囼?yàn)。試驗(yàn)規(guī)儀是一座日處理3785噸/天的污水處理廠(chǎng)，為到2000年建成一座378500噸/天的污水回用廠(chǎng)鋪平道路。該工程由除磷、除懸浮物，除氮、去除可溶性有機(jī)物、去除可溶性固體及消毒等工序組成。二級(jí)處理出水用石灰處理，再用液體CO2使pH值很高的水再碳酸化，通過(guò)雙層加壓濾池進(jìn)一步去除懸浮物，再用沸石除氮，出水經(jīng)二級(jí)活性炭吸附，中間有臭氧消毒，90%的一級(jí)活性炭出水作為廠(chǎng)內(nèi)工藝用水，其余10%進(jìn)行深度處理，其流程為反滲透-汽提-二氧化氯消毒。該試驗(yàn)裝置1983年完工，接著將運(yùn)轉(zhuǎn)5年。如果試驗(yàn)成功，到2000年時(shí)，丹佛市將有15%的水來(lái)源于污水處理水。
《給水工程和管理》（Water Engng.and Management）介紹了一種粉末活性炭工藝和活性污泥法相結(jié)合的處理系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能有效地去除BOD、SS、氨、顏色及其它污染物；有利于消毒、固休沉淀和濃縮、氧傳遞等。該方法在費(fèi)用上很經(jīng)濟(jì)，并可獲得高質(zhì)量的出水。
日本使用武田藥品工業(yè)公司已正式生產(chǎn)的一種凈水用特殊活性炭?jī)羲Ｔ摶钚蕴康牧綖?.1毫米。用侵漬的方法使活性炭中充滿(mǎn)特殊的液狀合成抗菌劑。干燥后，抗菌劑牢牢地固定在活性炭微孔中，使其具有特殊的物理性質(zhì)。用它來(lái)處理自來(lái)水，凈化后的水在容器內(nèi)過(guò)夜，不會(huì)有雜菌繁殖現(xiàn)象發(fā)生，一般用于家庭凈水器。
法國(guó)在飲用水處理過(guò)程中一般采用顆粒活性炭。在除味、除臭時(shí)，如將砂濾作為第一階段放在活性炭前作為預(yù)處理效果好，壽命可在三年以上。去除所有有機(jī)物時(shí)，將砂濾作為第二階段或與曝氣并用的生物炭法組合作為第一階段，其效果能提高20~40%，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)周到數(shù)月。在選擇活性炭時(shí)，不僅嬰注意比表面積，還要注意極性、表面pH對(duì)吸附性的影響。
由于活性炭深度凈化法能有效地改善水質(zhì)、制水成本比傳統(tǒng)的混凝-砂濾-消毒的凈化工藝增加不多，因此國(guó)外在新建地面水給水廠(chǎng)時(shí)，大都采用這種工藝。
2、有機(jī)工業(yè)廢水處理
活性炭對(duì)廢水中的COD、BOD等有機(jī)物有突出的去除能力，對(duì)一些難以被生物降解的有機(jī)物更有獨(dú)特的去除效果。
⑴制革廢水處理
美國(guó)處理制革廢水（特別含有溶解蛋白質(zhì)，有機(jī)雜質(zhì)的分離浸漬液）時(shí)，在操作的第一階段，活性炭對(duì)氯化物的吸附速度很快，一定時(shí)間后，吸附速度下降。在直徑為7.5厘米，長(zhǎng)0.5米的炭柱中，廢水流速為0.5~0.6升/小時(shí)，活性炭裝入量為1.1公斤。廢水經(jīng)過(guò)該裝置處理后，BOD去除率為98%，水澄清度為96%,，氮去除率為82.5%�；钚蕴吭�30~50磅壓力下，用水蒸氣處理8小時(shí)即可再生。該再生炭的去污率比原炭更高。
⑵染料化工廢水處理
近年來(lái)，日本對(duì)稻草或鋸屑活性炭處理染料廢水進(jìn)行了研究。以稻草為原料，在650℃活化的活性炭吸附效果高于其它原料的活性炭。經(jīng)處理后，廢水污染指數(shù)下降率，CODcr為54~73%、BOD為80~94%和吸收系數(shù)為83~89%。所以從吸附量和吸附速度來(lái)看，稻草活性炭是實(shí)用的。
聯(lián)邦德國(guó)Bayer、Degussa 、Lurgi 三個(gè)公司協(xié)作用活性炭進(jìn)行染料廢水的脫色研究。使用7個(gè)內(nèi)徑為3厘米、高70厘米的玻璃吸附柱，對(duì)10種染料廢水的處理效率以及活性炭壽命進(jìn)行了測(cè)定。處理規(guī)模30米3/小時(shí)的廢水處理費(fèi)用為2.5馬克/米3，即可得到可再利用的水。目前聯(lián)邦德國(guó)大多數(shù)工廠(chǎng)的處理水費(fèi)已達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
歐美國(guó)家采用在生物曝氣池中投加粉末活性炭的方法來(lái)處理染料廢水。
⑶焦化廢水處理
聯(lián)邦德國(guó)Bergbao-Forschung公司受聯(lián)邦德國(guó)研究技術(shù)部的援助，開(kāi)展了廢水處理的吸附裝置的研究，介紹了攪拌槽型、固定床型、流動(dòng)床型的三種吸附裝置，這些裝置可以處理焦化廢水。30米3/小時(shí)處理規(guī)模可采用流化床吸附塔和流化床再生爐。該法與萃取法相比，具有凈化性能好，處理成本低等優(yōu)點(diǎn)。
⑷其它有機(jī)廢水的處理
國(guó)外采用活性炭對(duì)一些特殊有機(jī)廢水的處理也有新的進(jìn)展，如蘇聯(lián)用木材廢料熱加工制得的AY-1（二氧化碳活化）和AY~2（水蒸氣活化）活性炭新品種處理含有難于氧化的有機(jī)物質(zhì)廢水。用這種活性炭生物凈化磷鈣石選礦廠(chǎng)排出的廢水比用陰離子活性浮選劑的實(shí)際效果更好。
3.與其它水處理技術(shù)配合使用
近十幾年來(lái)，在水處理技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，各國(guó)都在探索將活性炭和其它方法結(jié)合使用，其處理效果較為理想，可改善出水水質(zhì)，彌補(bǔ)活性炭由于再生頻繁，致使廢水處理成本較高的問(wèn)題。
⑴粒狀活性炭和曝氣相結(jié)合的方法美國(guó)新澤西州的羅卡威城1982年采用曝氣和粒狀活性炭相結(jié)合的流程，有效地去除了地下水中的有機(jī)化合物。曝氣處理裝置采用曝氣塔，直徑3.0米，高10米，塔中充填比表面積較大的填料（體積0.02米3，表面積2.7米2），填料高度7.6米，處理量7500米3/天。原水由塔上方注入，塔下吹入空氣，在塔內(nèi)進(jìn)行氣、液接觸，氣、液比200:1，這樣原水中的揮發(fā)性有機(jī)物散發(fā)到空氣中而被除去。曝氣后的出水流入塔下貯水池，待活性炭處理。噪氣處理效果：二異丙醚去除率99%以上，甲基叔丁醚和三氯乙烯的去除率均為95%以上。粒狀活性炭處理裝置采用活性炭塔，直徑3.0米，高2.0米。這二個(gè)系列并聯(lián)操作，分別裝填9.072公斤活性炭，處理量為5.260米3/天，流速15.1米/小時(shí)。未裝曝氣塔時(shí)，原水中三氯乙烯、二異丙醚及甲基叔丁醚的濃度分別為10微克/升、70微克/升及25~35微克/升，運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始的頭兩個(gè)月，出水未檢出有味，到第四個(gè)月時(shí)，出水有味，這時(shí)要更換活性炭。
1982年曝氣與活性炭聯(lián)用后，曝氣裝置減輕了活性炭的有機(jī)負(fù)荷，活性炭的用量便明顯減少。
采用一般給水凈化工藝的制水成本為0.27美元/3785升（即0.07美元1立方米水），增設(shè)曝氣及活性炭深度處理裝置后的制水成本為0.13美元/立方米水。裝置基建費(fèi)：曝氣塔為375000美元，活性炭塔為200000美元。
⑵與生物處理法配合的新工藝
國(guó)外與生物處理法配合使用的活性炭工藝主要有三種類(lèi)型：
①繼一級(jí)及二級(jí)處理（生物處理）之后，由活性炭進(jìn)行三級(jí)處理的方法；
②在用生物處理以外的方法進(jìn)行某種前處理之后，由活性炭進(jìn)行物理處理（IPC法）；
③在曝氣槽中加入活性炭，由活性炭處理和生物處理配合使用的方法。
歐美國(guó)家較多采用在生物曝氣池中投加粉末活性炭處理廢水的方法。特別當(dāng)廢水中含有難以被生物降解的有機(jī)物時(shí)，在曝氣池中投加粉末活性炭，可提高COD和BOD的去除率。處理印染廢水的曝氣池中投加粉末炭后，COD的去除率由55.8%提高到76.5%，BOD的去除率由78%提高到98.5%，并且氨氮與硝基氨也能被去除。
美國(guó)杜邦（Dupon）公司的PACT法是代替顆粒活性炭填充床處理法的有效方法，該法將粉狀活性炭處理和生物處理結(jié)合起來(lái)使用。據(jù)杜邦公司的PACT法的開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)人說(shuō),，使用該法和用順�；钚蕴刻幚矸ㄏ啾龋\(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和活性炭再生費(fèi)用均明顯下降。美國(guó)正在運(yùn)轉(zhuǎn)的或處于設(shè)計(jì)施工階段的用活性炭進(jìn)行公共機(jī)關(guān)廢水三級(jí)處理設(shè)施及IPC處理設(shè)施共有19個(gè)。據(jù)估計(jì)，1983年公管的廢水處理部門(mén)消費(fèi)的活性炭為700萬(wàn)磅左右。
美國(guó)較大的活性炭廢水處理設(shè)施是在美國(guó)Cyenamid公司和杜邦公司中。在Cyana-mid公司的處理設(shè)施中，三級(jí)處理廢水時(shí)使用顆粒活性炭，每天的較大處理能力為2000萬(wàn)加侖廢水。杜邦公司的PACT法每天能處理4000萬(wàn)噸加侖廢水。1985年杜邦公司的廢水處理設(shè)施還對(duì)其它企業(yè)排放出來(lái)的廢液進(jìn)行處理。
⑶與臭氧氧化法配合使用
臭氧氧化與活性炭吸附配合的生物活性炭法，不僅是飲用水凈化的主要手段，也是有機(jī)工業(yè)廢水深度處理的手段之一。日本利用臭氧-活性炭配合法處理含硫廢水，氧化程度深，反應(yīng)時(shí)間短，處理效率高，無(wú)二次污染，設(shè)備投資及操作費(fèi)用較低；大板市用這種方法處理城市工業(yè)廢水，脫臭率幾乎達(dá)到100%。法國(guó)利用活性炭-臭氧法凈化飲用水，使用活性炭的方法有兩種：
(a)沉淀之前投加粉狀活性炭。莫桑水廠(chǎng)投加量為8~10毫克/升水；柏菜水廠(chǎng)因水污染嚴(yán)重，投加量100毫克/升水。
(b)放在濾池后經(jīng)臭氧氧化，用粒狀活性炭除去水中奧味以及微量有機(jī)物，產(chǎn)生生物凈化作用。美國(guó)利用臭氧化的粒狀活性炭處理裝置解決了用粒狀炭處理廢水存在的一些問(wèn)題。
國(guó)外還有采用活性炭吸附-生物膜法處理印染廢水，農(nóng)藥廢水，焦化廢水及城市污水等。
以上是近年來(lái)國(guó)外幾個(gè)主要工業(yè)國(guó)家水處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展情況。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)和需用量的增加，活性炭所起的作用也越來(lái)越大。在活性炭的各種用途中，用于控制污染，特別在水處理方面用量較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1982年7~12月美國(guó)《化學(xué)文摘》活性炭水處理文摘占活性炭文摘總和的20%；其它液相脫色、制造工藝、炭表面改性、再生技術(shù)、氣相吸附及吸附裝置、吸附理論等占總和的80%。1984年6~7月有關(guān)活性炭文摘中水處理炭占22%。1985年7~12月活性炭文摘水處理炭占31%。由此可見(jiàn)，國(guó)外近年來(lái)對(duì)活性炭在水處理方面的應(yīng)用研究相當(dāng)活躍，應(yīng)用量也逐年增加。同時(shí)，亦可看出，八十年代后期，活性炭的主要任務(wù)仍然將為環(huán)境保護(hù)服務(wù)。從本文所介紹的幾個(gè)主要工業(yè)國(guó)家的活性炭水處理技術(shù)的應(yīng)用情況中，說(shuō)明在水處理中，各國(guó)已將活性炭和其它方法結(jié)合使用，使活性炭有了更為重要的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用范圍。可以斷言，隨著應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，必將推動(dòng)反應(yīng)機(jī)理的探討以及活性炭品種、工藝、設(shè)備、測(cè)試等各方面的發(fā)展。